Javaのsynchronizedとは？ある場合とない場合のサンプルPGを比較付き

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(１) Javaのsynchronizedとは？ある場合とない場合のサンプルPGを比較付き
　 (１-１) synchronizedの概要
　 (１-２) synchronizedの構文
　 (１-３) synchronizedが無い場合（非同期）の例
　　 ●main文（スレッド生成・実行）
　　●各スレッドの中で実行する処理
　　 ●同期対象のオブジェクト
　 (１-４) synchronizedがある場合（同期）の例①【メソッドをsynchronized】
　(１-５) synchronizedがある場合（同期）の例②【オブジェクトをsynchronized】

(１) Javaのsynchronizedとは？ある場合とない場合のサンプルPGを比較付き

(１-１) synchronizedの概要

マルチスレッドの処理において、複数スレッドが同時に同じ共有データを更新しようとした場合に「競合状態」が発生する可能性があります。Javaではそれを防ぐための「同期」機能（synchronizedキーワード）があります。

synchronizedを使ったブロックは、データに同時にアクセスする「スレッド」を１つに限定する事ができ、これにより「競合状態」を防ぐ事ができます。

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(１-２) synchronizedの構文

「synchronized」キーワードの( )の中に同期対象のリソース、つまりロックを掛けて１スレッドのみが使える対象のオブジェクト（変数でもオブジェクトでも）を指定します。{ }の中で、オブジェクトのロックを取得した際に実行する処理を指定します。

（構文）

synchronized([同期対象のリソース])
{
   //# 共有アクセスにリソースして処理を行う
}

これにより、synchronizedの箇所に到達すると、スレッドが対象リソース（オブジェクトや変数など）を自動でロックし、他のスレッドがアクセスできないように制御します。そしてスレッドの処理が完了すると、ロックを解放します。

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(１-３) synchronizedが無い場合（非同期）の例

「同期」（synchronized）のサンプルプログラムを見る前に、「synchronized」を使わない場合（非同期）に起きる弊害の例をご紹介します。

●main文（スレッド生成・実行）

スレッド１（st1）とスレッド２（st2）を生成・処理実行するmain文です。SyncCalc型の「scobj」は同期対象のオブジェクト（１度に１スレッドのみロックを許可する）対象です。

//# 【クラス】２つのスレッドで処理を流すmain文
//# （synchronized確認用）
public class SynchronizedSample {
    //# main文
    public static void main(String args[]) {

        //# 同期対象のリソース
        //#（１度に１スレッドのみ専有可能）
        SyncCalc scobj = new SyncCalc();

        //# 各スレッドのインスタンス生成
        SyncTask st1 = new SyncTask(scobj, 2);
        SyncTask st2 = new SyncTask(scobj, 3);
        //# 各スレッドの処理実行
        st1.start();
        st2.start();
    }

}

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●各スレッドの中で実行する処理

各スレッドにて、累乗計算を起動するスレッド（Threadを継承）のクラスです。

//# 【クラス】各スレッドの中で実行する処理
public class SyncTask extends Thread {

    //# メンバ変数
    private SyncCalc sc;
    private int calctarget;

    //# コンストラクタ
    SyncTask(SyncCalc sc,int calctarget){
        this.sc = sc;
        this.calctarget = calctarget;
    }

    //# スレッドに必要なrunメソッドのオーバーライド
    public void run() {
        //# 累乗の計算を実行
        sc.calculate(calctarget);
    }
}

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●同期対象のオブジェクト

ロック対象の「SyncCalc」クラスです（ただの累乗計算）。

//# 【クラス】同期対象のオブジェクト（各スレッドのロック対象）
public class SyncCalc {
  void calculate(int num) {
    //引数の１乗～５乗を計算
    for(int i=1; i<=5; i++) {
      System.out.println(num+" の "+i
          +" 乗 = "+(int)Math.pow(num,i));
      try {
        Thread.sleep(500);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
}

（図１３１）実行結果

スレッド１（st1）とスレッド２（st2）の計算結果が入り混じってしまっています。

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(１-４) synchronizedがある場合（同期）の例①【メソッドをsynchronized】

次に上記の非同期のサンプルに「synchronized」キーワードを追加して同期処理にした例①をご紹介します。この例では「メソッド」に対してsynchronizedを付与する事で同期しています。

変更箇所は１カ所だけで、同期対象のオブジェクト「SyncCalc」クラスのメソッドに「synchronized」キーワードを追加した以外は全て一緒です。

（変更前）

//# 【クラス】同期対象のオブジェクト（各スレッドのロック対象）
public class SyncCalc {
  void calculate(int num) {

（変更後）

//# 【クラス】同期対象のオブジェクト（各スレッドのロック対象）
public class SyncCalc {
  synchronized void calculate(int num) {

（図１４１）

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(１-５) synchronizedがある場合（同期）の例②【オブジェクトをsynchronized】

次に上記の非同期のサンプルに「synchronized」キーワードを追加して同期処理にした例②をご紹介します。この例では「オブジェクト」に対してsynchronizedを付与する事で同期しています。

こちらも変更箇所は１カ所だけで、スレッドのrunクラス内で使用している「SyncCalc」のインスタンスに「synchronized」キーワードを追加した以外は全て一緒です。

（変更前）

    //# スレッドに必要なrunメソッドのオーバーライド
    public void run() {
        //# 累乗の計算を実行
        sc.calculate(calctarget);
    }

（変更後）

    //# スレッドに必要なrunメソッドのオーバーライド
    public void run() {
        //# 累乗の計算を実行
        synchronized(sc){
            sc.calculate(calctarget);
        }
    }

（図１４２）

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